(57)【要約】【課題】  蒸発器で吸込気体が結露しないように運転でき、かつ効率よく信頼性の高い空気調和機を得る。【解決手段】  圧縮機１と、凝縮器２と、減圧装置３と、蒸発器４と、これらを接続して冷媒を循環させる冷媒配管と、蒸発器４に気体を送風するファン２２と、蒸発器４から流出する冷媒を過熱ガスとして圧縮機１に流入させる過熱ガス化手段５を備える。蒸発器４内の冷媒配管の表面温度を蒸発器４に吸込む気体の略露点温度以上として結露させずに吹出し、さらに、蒸発器４出口の冷媒状態を湿り状態または飽和ガス近傍とするように、減圧装置３の減圧量またはファン２２の風量または圧縮機１の周波数を設定する運転モードを有することを特徴とする。また、過熱ガス化手段５によって冷媒を過熱ガス状態で圧縮機１の吸入側へ流入させ、圧縮機1への液バックを防止する。【選択図】        図１
2005147623.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機と、凝縮器と、減圧装置と、蒸発器と、これらを接続して冷媒を循環させる冷媒配管と、前記蒸発器に気体を送風するファンと、前記圧縮機の吸入側の冷媒を過熱ガスとする過熱ガス化手段と、前記減圧装置の減圧量及び前記ファンの風量及び前記圧縮機の周波数のうちの少なくともいずれか１つを制御する制御装置と、を備え、前記蒸発器内の冷媒配管の表面温度が前記蒸発器に吸込む気体の露点温度以上となるように前記冷媒の蒸発温度を設定すると共に、前記蒸発器の流出部の冷媒状態を湿り状態または飽和ガス近傍とする運転モードを有することを特徴とする空気調和機。
【請求項２】
前記過熱ガス化手段は、前記蒸発器から流出する湿り状態または飽和ガス近傍の冷媒を前記凝縮器と前記減圧装置の間の冷媒配管を流れる高温の冷媒と熱交換するように構成したことを特徴とする請求項１記載の空気調和機。
【請求項３】
前記過熱ガス化手段は、前記凝縮器と前記蒸発器の間の冷媒の一部を分岐して過熱ガスとし、前記蒸発器から流出する湿り状態または飽和ガス近傍の冷媒を前記過熱ガスと合流するように構成したことを特徴とする請求項１記載の空気調和機。
【請求項４】
前記圧縮機吸入側の冷媒温度を検知する温度検知手段を備え、前記温度検知手段で検知した冷媒温度から前記圧縮機吸入側の冷媒の過熱度を演算し、この過熱度が所定の値以上になるように、前記減圧装置の減圧量及び前記ファンの風量及び前記圧縮機の周波数のうちの少なくともいずれか１つを設定することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか1項に記載の空気調和機。
【請求項５】
前記蒸発器内の冷媒配管温度を検知する温度検知手段と、前記蒸発器に吸込む気体の露点温度を検知する露点温度検知手段と、を備え、前記冷媒配管温度が前記露点温度以上となるように、前記減圧装置の減圧量及び前記ファンの風量及び前記圧縮機の周波数のうちの少なくとも１つを設定することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか1項に記載の空気調和機。
【請求項６】
蒸発器を複数台備え、前記蒸発器のうちの少なくとも１つの蒸発器における吸込気体をその露点温度以下に冷却せずに吹出すようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか1項に記載の空気調和機。
【請求項７】
前記蒸発器を前記凝縮器よりも低い位置に設置し、前記圧縮機を迂回する圧縮機パイパス配管を備え、前記凝縮器で熱交換する気体温度が前記蒸発器で熱交換する気体温度よりも所定温度以上低いときに、前記凝縮器、前記蒸発器、前記圧縮機バイパス配管に冷媒を循環させる自然循環運転モードを有することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか1項に記載の空気調和機。
【請求項８】
自然循環運転モードで前記減圧装置を迂回して冷媒を循環させるバイパス配管を備えたことを特徴とする請求項７記載の空気調和機。
【請求項９】
自然循環運転モードで前記過熱ガス化手段を迂回して冷媒を循環させるバイパス配管を備えたことを特徴とする請求項７または請求項８記載の空気調和機。
【請求項１０】
蒸発器から流出する冷媒を所定の過熱度以上として圧縮機に流入させるように前記冷媒の過熱度を高くする過熱ガス化ステップと、前記蒸発器の冷媒配管温度を前記蒸発器に吸込む気体の露点温度以上とするように減圧装置及びファン及び圧縮機のうちの少なくともいずれか１つを動作させる蒸発温度設定ステップと、前記蒸発器出口部の冷媒状態を湿り状態または飽和ガス近傍とするように前記減圧装置及び前記ファン及び前記圧縮機のうちの少なくともいずれか１つを動作させる冷媒状態設定ステップと、を備え、前記過熱ガス化ステップと前記蒸発温度設定ステップと前記冷媒状態設定ステップとを同時に運転して前記蒸発器に吸込んだ気体を結露させずに吹出させることを特徴とする空気調和機の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば水滴に影響を受けやすい電子機器等が収納された空間の空気調和を行なう空気調和機及び空気調和機の運転方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話をはじめとする移動体通信の普及によって、電算機室や移動体通信の中継電子機器を納めた基地局（シェルタ）に代表されるような電子機器の発熱を除去する分野が急速に広がっている。これらの場所では年間を通しての冷房運転が必要であると共に、水滴によって電子機器が誤動作したり故障したりする可能性があり、冷却空間内に露が飛ばないような運転が要求される。
【０００３】
水滴が室内に飛ぶことを防止するため、蒸発器での除湿量を最小限に抑えて電算室を冷却する空気調和機が報告されている（例えば、特許文献１参照）。これは蒸発器の吸込空気または吹出空気の温度、及び蒸発器の吸込側の湿度を検出し、蒸発器における冷媒の蒸発温度が吸込空気の露点温度以上になるように制御している。このため、蒸発器に吸込まれた空気が露点温度以下に冷却されることなく、除湿量を抑えることができる。
【０００４】
また、電子機器を設置した空間を年間を通じて冷却する空気調和機として、自然循環を利用したものが報告されている（例えば、特許文献２参照）。これは、室内温度が外気温度よりも低いときには、圧縮機を運転状態として強制循環による運転を行い、室内温度が外気温度よりも高いときには、圧縮機を停止状態として外気の冷熱を利用した自然循環による運転を行う。この強制循環による運転と自然循環による運転とを備えた空気調和機は、外気温度と室内温度の温度差に応じて冷媒回路を切換えて運転され、特に自然循環による運転の必要動力としては室外ファンと室内ファンの入力だけとなる。このため、年間を通じて冷房運転を行なっても、年間消費電力を低く抑えることができる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１３０４３０号公報
【特許文献２】特開２０００−３１４５６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
室内に電子機器が設置されている場合には、電子機器への露飛びや蒸発器に保有される水分の再蒸発を防止する必要があるが、蒸発器で吸込空気中の水蒸気が結露しないように冷媒の蒸発温度を上げると、蒸発器の熱交換効率が下がったり、また、圧縮機への液戻りが生じて液圧縮が発生し、圧縮機の信頼性を低下させるなどの問題点があった。
また、これまでの強制循環運転と自然循環運転とを備えた空気調和機において、強制循環運転を行う際、通常は蒸発器で冷媒が蒸発する際に吸込空気を除湿するように運転されており、水分を溜めるドレンパンなどが蒸発器付近に設けられているなどの対処だけで、露飛びに対する配慮はそれほどなされていなかった。
【０００７】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、冷却空間への露飛びを防止でき、さらに効率及び信頼性の低減を防止できる空気調和機を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による空気調和機は、圧縮機と、凝縮器と、減圧装置と、蒸発器と、これらを接続して冷媒を循環させる冷媒配管と、前記蒸発器に気体を送風するファンと、前記圧縮機の吸入側の冷媒を過熱ガスとする過熱ガス化手段と、前記減圧装置の減圧量及び前記ファンの風量及び前記圧縮機の周波数のうちの少なくともいずれか１つを制御する制御装置と、を備え、前記蒸発器内の冷媒配管の表面温度が前記蒸発器に吸込む気体の露点温度以上となるように前記冷媒の蒸発温度を設定すると共に、前記蒸発器の流出部の冷媒状態を湿り状態または飽和ガス近傍とする運転モードを有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、蒸発器の配管表面温度を吸込む気体の露点温度以上とすることで、蒸発器で吸込んだ気体中の水蒸気が蒸発器内で結露することがなく、冷却空間への露飛びを防止できる。さらに、蒸発器出口部の冷媒を湿り状態または飽和ガス近傍とすることで蒸発器を効率よく運転できる共に、過熱ガス化手段によって冷媒を過熱ガスとして圧縮機に流入させるので、圧縮機への液バックを防ぎ、空気調和機の信頼性向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る空気調和機の構成を示す冷媒回路図である。本実施の形態による空気調和機は、例えば圧縮機を用いる強制循環による冷房運転（以下、強制循環運転と記す）と、自然循環による冷房運転（以下、自然循環運転と記す）を併用したものである。以下、例えば蒸発器で室内を冷却する冷却装置として説明する。
【００１１】
年間を通じて空間の冷却を必要とする用途では、冬季や夜間のように外気温度が低い場合には、換気によって冷房することも可能であるが、霧，雨，雪，塵埃などが空間内に侵入するのを防ぐ装置が必要となり、しかも外気温度の変動によって室内温度も変動するため、安定した冷房が行えない。この様な条件では、室内温度と外気温度との温度差を利用して、室内から室外へ冷媒により熱を運ぶ自然循環を利用した空気調和機を用いることができる。この自然循環を利用した空気調和機の特徴は、圧縮機を用いる強制循環による空気調和機よりも年間消費電力を大幅に低減することができることにある。ただし、室内温度が外気温度よりも低い場合には自然循環運転を利用することができず、通常の圧縮機による強制循環運転が必要となる。
【００１２】
図１に示すように、本実施の形態の空気調和機は、冷媒ガスを圧縮する圧縮機１、この冷媒ガスを冷却液化させる凝縮器２、気体、例えば室外空気を強制的に凝縮器２に送風する室外ファン２１、凝縮器２を出た高圧の冷媒液を減圧して二相状態の湿り蒸気とする減圧装置である電子式膨張弁３、電子式膨張弁３を介して流入した湿り蒸気を空調対象空間である室内の空調負荷によって蒸発させて冷媒ガスとする蒸発器４、気体、例えば室内空気を強制的に蒸発器４に送風する室内ファン２２、冷媒を過熱ガス状態で圧縮機１に流入させる過熱ガス化手段として、例えば凝縮器２と電子式膨張弁３とを接続する配管１１と蒸発器４と圧縮機１とを接続する配管１２とで熱交換を可能とする二重管熱交換器５、自然循環運転時に圧縮機１を迂回させる圧縮機バイパス配管１３、圧縮機バイパス配管１３を開閉する開閉弁として例えば逆止弁６、蒸発器４に吸込む空気の露点温度を検出する露点温度検知手段５０、蒸発器配管の表面温度を検出する蒸発器配管温度検知手段として例えばサーミスタ５１、例えば記憶部と演算部などを有するマイクロピュータである制御装置５５により構成されている。この実施の形態では、各機器を一つの箱体３０にコンパクトに収め、ファン２１によって外気を吸込み、凝縮器２と熱交換した後吹出すように構成し、ファン２２によって室内空気を吸込み、蒸発器４と熱交換した後に冷却対象とする空間に吹出すように構成する。また、露点温度検知手段５０は、例えば相対湿度センサー及び室温センサーを有し、これで検出した相対湿度と室温との関係から露点温度を算出する。相対湿度センサーの代わりに絶対湿度センサー、また室温センサーの代わりに吸入空気温度センサーを設け、その検出値から露点温度を算出してもよい。また、制御装置５５に相対湿度や室温などの情報を入力して、この入力値から露点温度を算出するようにしてもよい。制御装置５５は、露点温度検知手段５０や蒸発器配管温度検知手段５１で検知した情報を入力して、電子式膨張弁３の減圧量や圧縮機１の周波数やファン２１、２２の送風量を制御する。
【００１３】
なお、凝縮器２は蒸発器４よりも高い位置に配置されており、図１では示されてはいないが、凝縮器２から蒸発器４に至る配管は重力に対し上方から下方に冷媒がスムーズに流れるように配置されている。また、ガス配管は蒸発器４出口から凝縮器２入口までの冷媒配管とし、液配管は凝縮器２出口から蒸発器４入口までの冷媒配管とする。図中、実線矢印は強制循環運転での冷媒の流れ方向を示し、点線矢印は自然循環運転での冷媒の流れ方向を示している。また、制御装置５５と各機器を結ぶ点線は信号線を示す。
【００１４】
制御装置５５によって制御されている電子式膨張弁３は、通電する電流によってその開度を設定できるというように外部から制御が可能な膨張弁であり、開度によって減圧量が可変である。例えば強制循環運転モードと運転モードでは異なる開度を設定して切換えることができる。
【００１５】
この空気調和機は例えば年間を通して冷房が必要な場所に利用され、蒸発器４で熱交換する気体温度である室内温度が、凝縮器２で熱交換する気体温度である外気温度よりも所定温度以上高いときには、圧縮機１を停止状態として外気の冷熱を利用した自然循環運転を行う。それ以外の時、即ち、室内温度が外気温度よりも低い、または室内温度が外気温度よりも高いがその差が所定温度よりも小さいときには、圧縮機１を運転状態とした強制循環運転を行う。このときの所定温度は０℃も含んでいる。即ち、室内温度が外気温度以下である場合に強制循環運転を行ない、室内温度が外気温度よりも高い場合に自然循環運転を行なうこともある。
【００１６】
以下、強制循環運転の動作について説明する。
電子式膨張弁３の開度を、凝縮器２から流出した冷媒液を減圧して二相状態の湿り蒸気とするための適切な減圧量である開度、例えば全開が４８０ｐｕｌｓｅの電子式膨張弁３を用いた場合には、１５％程度の開度、例えば７２ｐｕｌｓｅに設定し、圧縮機１を運転すると、逆止弁６は圧縮機１の吐出圧力と吸入圧力との圧力差で閉止されて強制循環運転のサイクルが形成され、冷媒は図１の実線矢印で示すように循環する。即ち、圧縮機１によって配管内の冷媒ガスが断熱的に圧縮されて過熱状態となり、凝縮器２で外気へ放熱して高圧の冷媒液となる。その後二重管熱交換器５で熱交換し、高圧の冷媒液は電子式膨張弁３を通って減圧され、気液二相混合状態の低温低圧の湿り蒸気となる。さらに冷媒は蒸発器４で気化熱を吸収して湿り状態または飽和ガス近傍の状態、例えば飽和ガスとなり、配管１２に設けた二重管熱交換器５を通って高圧側液冷媒から吸熱して過熱ガスとなって圧縮機１へ戻る。
【００１７】
ここで、蒸発器４における冷媒配管の表面温度が露点温度検知手段５０によって検出した露点温度以上になるように、電子式膨張弁３の減圧量及びファン２２の風量及び圧縮機１の周波数のうちの少なくとも１つを設定する。蒸発器４における冷媒配管の表面温度を露点温度以上にするには、蒸発器４における冷媒の蒸発温度を露点温度以上に高くすればよく、具体的には、例えばファン２２の風量を上げると、冷媒の蒸発温度を上げることができる。冷媒の蒸発温度を上げることで、蒸発器４における冷媒配管の表面温度を露点温度以上になり、蒸発器４内に吸込んだ室内空気が露点温度以下に冷やされることはない。このため、蒸発器４内で結露による水滴が生じるのを防止でき、室内への露飛びを防止できる。
なお、冷媒の蒸発温度を上げるには、ファン２２の風量を上げるのみではなく、電子式膨張弁３の減圧量や圧縮機１の周波数を制御しても可能であり、また、電子式膨張弁３の減圧量及びファン２２の風量及び圧縮機１の周波数のいずれか２つを制御したり、また運転状況によってはすべてを制御することで、冷媒の蒸発温度を上げるようにしてもよい。
【００１８】
図２、図３は強制循環運転による冷房運転のサイクルにおける圧力−エンタルピー線図で、図２は過熱ガス化手段である二重管熱交換器５を設けない空気調和機の状態を示し、図３は二重管熱交換器５を設けた本実施の形態による空気調和機の状態を示している。図において、横軸はエンタルピー、縦軸は圧力である。直線４４は圧縮機１の吸入側（Ａ）から吐出側（Ｂ）間のエンタルピー増加と圧力上昇、直線４５は凝縮器２の流入側（Ｂ）から電子式膨張弁３の流入側（Ｃ）間のエンタルピー減少と圧力降下、直線４６は膨張弁３の流入側（Ｃ）から流出側（Ｄ）間の圧力降下、直線４７は蒸発器４の流入側（Ｄ）から圧縮機１の吸入側（Ａ）間のエンタルピー増加と圧力降下を表している。また、二重管熱交換器５を有する構成においては、図３に示すように、上流側の二重管熱交換器５では流入側（Ｅ）から流出側（Ｃ）のエンタルピー減少（△ｈ）と圧力降下が生じ、下流側の二重管熱交換器５では流入側（Ｆ）から流出側（Ａ）のエンタルピー増加（△ｈ）と圧力降下が生じる。３８は室内空気温度相当の冷媒圧力、３９は外気温度相当の冷媒圧力、４０は室内空気の露点温度相当の冷媒圧力である。また、直線４７はほぼ蒸発温度相当の冷媒圧力が示されている。図中の矢印は冷媒の流れ方向を示している。
【００１９】
通常の空気調和機の冷房運転では、蒸発器での冷媒の蒸発温度は、蒸発器と熱交換する吸込空気の露点温度に関係なく、室内空気の冷却設定温度に応じて、また能力の高い空気調和機を得るため、−１０℃〜１５℃程度に低い状態で運転される。例えば、図２の露点温度４０と直線４７のような関係となる。冷媒の蒸発温度が露点温度４０よりも低い蒸発温度で運転されると、蒸発器４に吸込まれる室内空気が冷媒と熱交換する際に露点温度以下に冷却されて結露し、水滴となって室内に露飛びが生じてしまう。
そこで、本実施の形態では、冷媒の蒸発温度を室内吸入空気の露点温度以上に高くして運転する。例えば室内の空気の相対湿度が５５％で温度が２９℃または絶対湿度０．０１４［ｋｇ／ｋｇ（ＤＡ）］の場合には、露点温度検知手段５０ａ、５０ｂで検知した室内空気の露点温度が１９℃であると検知される。そこで、冷媒の蒸発温度を露点温度よりも高く、例えば２０℃になるように例えばファン２２の風量を上げて運転する。蒸発器４内での冷媒の変化は図２中の直線４９となる。冷媒の蒸発温度は蒸発器４内の冷媒配管の表面温度とほぼ同一であり、蒸発器４内の冷媒配管の表面温度は吸込空気の露点温度４０よりも高くなる。このため、蒸発器４に吸い込まれる室内空気は露点温度以下に冷却されることがないので、結露することなく室内に収納してある電子機器などに水滴が影響を及ぼすのを防止できる。
【００２０】
また、本実施の形態では、蒸発器４の流出側（Ｆ）での冷媒状態を湿り状態または飽和ガス近傍になるように運転する。従来は、圧縮機１の吸入側を過熱ガス状態（Ａ’）とするため、図２の点線で示すように蒸発器４の出口部の冷媒に過熱度をつけて過熱ガスとして運転していたが、この運転では、蒸発器４の熱交換面積を最大限に利用していないため、蒸発器４の運転効率の低減を招く。そこで、蒸発器４の流出部の冷媒状態を湿り状態または飽和ガス近傍になるように運転する。例えば図２のＧまたは図３のＦでは冷媒状態は飽和ガスになっている。この冷媒状態は湿り状態または飽和ガス近傍であればよく、例えば１℃程度の過熱度がついていてもよい。また、冷媒状態が湿り状態の場合には、乾き度が０．５〜１程度の湿り状態が好ましい。蒸発器４の流出部の冷媒に過熱度がついている場合には例えば電子式膨張弁３の減圧量を小さくし、乾き度が小さい場合には電子式膨張弁３の減圧量を大きくする。
蒸発器４の流出部の冷媒状態を湿り状態または飽和ガス近傍になるように運転すると、蒸発器４で熱交換効率が高い状態で運転することができる。即ち、蒸発器４における冷媒の蒸発温度を上げ、蒸発器４の流出部での冷媒状態が湿り状態または飽和ガス近傍になるように運転することで、室内への露飛びは防止され、かつ熱交換効率が高い状態で運転できる。
なお、蒸発器４の流出部で湿り状態または飽和ガス近傍になるように、例えば電子式膨張弁３の減圧量を制御するとしたが、これに限るものではなく、ファン２２の風量や圧縮機１の周波数を制御しても可能であり、また、電子式膨張弁３の減圧量及びファン２２の風量及び圧縮機１の周波数のいずれか２つを制御したり、また運転状況によってはすべてを制御することで、蒸発器４の流出部で湿り状態または飽和ガス近傍になるようにしてもよい。冷媒の蒸発温度を吸込空気の露点温度以上にでき、且つ蒸発器４の流出部で湿り状態または飽和ガス近傍になるように、電子式膨張弁３の減圧量及びファン２２の風量及び圧縮機１の周波数のうちの少なくともいずれか１つを制御すればよい。
【００２１】
さらに、本実施の形態に係る空気調和機では、蒸発器４の流出側に圧縮機１に流入する冷媒状態を過熱ガスとする過熱ガス化手段として二重管熱交換器５を設けている。蒸発器４の流出部（Ｆ）の冷媒状態を湿り状態または飽和ガス近傍とすることで、蒸発器４から湿り状態の冷媒が流出すると、圧縮機１の吸入側（Ａ）に液バックして圧縮機1の信頼性を著しく損なうことになる。二重管熱交換器５を設けることで、図３に示すように蒸発器４の流出部（Ｆ）の冷媒は凝縮器２から流出した高温高圧の冷媒と熱交換し、熱交換量Δｈ４８だけ大きくなる。即ち、圧縮機１吸入側（Ａ）の冷媒の過熱度は、ＦからＡまでの熱交換量Δｈ４８だけ大きくなるため、必ず過熱ガスとなって乾き状態となる。このため、圧縮機１の吸入側に液戻りが生じて液圧縮が発生することなく、強制循環運転することができ、信頼性の高い空気調和機が得られる。
【００２２】
ここで、室内吸入空気の変化について図４に基づいて説明する。図４は横軸に乾球温度、縦軸に絶対湿度とした空気線図を示す説明図である。図中の曲線Ｉは露点温度を示す飽和曲線、直線Ｊは比エンタルピーを示す直線、直線（１）は通常行なっている潜熱処理空調での吸込空気Ｋから吹出空気Ｌの間の空気状態の変化を示す直線、直線（２）は本実施の形態での顕熱処理空調での吸込空気Ｋから吹出空気Ｍの間の空気状態の変化を示す直線である。
今、比エンタルピー差△Ｉ＝  Ｉout  −  Ｉinのときの潜熱処理空調（１）では潜熱分と顕熱分の変化によって、吸込空気Ｋから吹出空気Ｌに変化するため、温度はＤＢ１からＤＢ２に冷却されると共にＮだけの除湿が生じる。これに対し、同じ比エンタルピー差のときの顕熱処理空調（２）では顕熱分のみの変化によって、吸込空気Ｋから吹出空気Ｍに変化するため、温度はＤＢ１からＤＢ３に冷却され、絶対湿度は変化しない。即ち、潜熱処理空調（１）では露点温度Ｔｗ以下の冷媒と熱交換して露点温度Ｔｗ以下に冷やされるのであるが、顕熱処理空調（２）では吸込空気がその絶対湿度での露点温度Ｔｗ以下に冷やされることがないので、蒸発器４周辺で結露による露飛びが生じることなく、水分に敏感な機器が存在する空間の空調を安心して行なうことができる。
【００２３】
本実施の形態における空気調和機は、除湿しない冷却運転という特徴を生かして、植物や野菜などの生鮮品を収納した空間の冷却にも適した装置である。また、好湿性のペットなどを飼育する空間の冷却にも適用できる。
【００２４】
なお、必ずこのような強制循環運転を行なうのではなく、強制循環運転の運転モードを環境状態によって複数設けておき、ここで説明した強制循環運転は、そのうちの１つの運転モードとして動作するようにしてもよい。特に冷却の際に除湿したくない場合にこの運転モードが有効となる。
また、室内吸入空気の露点温度に応じて冷媒の蒸発温度を制御するために、膨張弁３の開度やファン２２の風量や圧縮機１の周波数を制御する制御装置５５が必要となるが、通常、空気調和機はマイクロコンピュータなどを内蔵して制御を行なっており、その制御装置に本実施の形態における制御を兼ね備えるように構成すればよい。
【００２５】
図５は、本実施の形態に係る空気調和機の運転方法を示すフローチャートである。前記に述べた空気調和機の主に制御装置５５の動作を示している。図５（ａ）は蒸発温度設定ステップであり、蒸発器配管温度検知手段５１で蒸発器の配管温度を検知し、露点温度検知手段５０で吸入空気の露点温度を検知する（ＳＴ１１）。ＳＴ１２で配管温度と露点温度とを比較し、配管温度が露点温度以上のときにはそのまま運転し、配管温度が露点温度よりも低いときには蒸発温度が高くなるように運転する（ＳＴ１３）。ここでは、例えばファン２２の風量を上げて冷媒の蒸発温度を高くする。蒸発器配管温度は冷媒の蒸発温度と略一致し、このステップによって吸込空気がその空気の露点温度以下に冷やされることを防止するので、冷却空間への露飛びを防止できる。
【００２６】
図５（ｂ）に示した冷媒状態設定ステップでは、蒸発器出口の冷媒状態を検知し（ＳＴ２１）、この冷媒状態が例えば飽和ガス近傍であるかどうか判断する（ＳＴ２２）。冷媒が飽和ガスであるということは過熱度ゼロの状態であり、例えば蒸発器４の流出部の温度と流入部の温度から検知できるし、また、圧縮機１の吸入側の過熱度を検知すれば推定できる。ここで、そしてＳＴ２２の判断で過熱ガスの場合には、ＳＴ２３で飽和ガス近傍になるように運転する。過熱度が大きい場合には、例えば電子式膨張弁３の減圧量を小さくすれば蒸発器４の流出部の過熱度を低くできる。逆に乾き度が小さい場合には、電子式膨張弁３の減圧量を大きくすれば蒸発器４の流出部の乾き度を大きくできる。ＳＴ２２の判断で飽和ガス近傍の場合にはそのまま運転すればよい。図５（ｂ）では冷媒状態を飽和ガス近傍としたが、湿り状態または飽和ガス近傍であればよく、例えば１℃程度の過熱度がついていてもよい。また、冷媒状態が湿り状態の場合には、乾き度が０．５〜１程度の湿り状態が好ましい。
【００２７】
図５（ｃ）に示した過熱ガス化ステップでは、蒸発器４から流出する湿り状態または飽和ガス近傍の冷媒を過熱ガス化手段５によって、例えば５℃程度の過熱度の高い過熱ガスとし（ＳＴ３１）、過熱度が高い冷媒ガスを圧縮機１に流入させる（ＳＴ３２）。過熱度を高くするには、例えば二重管熱交換器５を設けて蒸発器４から流出する湿り状態または飽和ガス近傍の冷媒と高温の冷媒とを熱交換するように構成すればよい。このとき二重管熱交換器５での熱交換量は、予め蒸発器４から流出する湿り状態または飽和ガス近傍の冷媒を過熱ガス化する際に所定の過熱度が得られるように設定しておけばよい。また、蒸発器４の流出部から圧縮機１の吸入側までの冷媒配管を過熱するヒータを別に設けてもよい。この場合には冷媒の過熱度の程度に応じてヒータの加熱量を可変にすることもできる。
【００２８】
図５に示した蒸発温度設定ステップ（図５（ａ））、冷媒状態設定ステップ（図５（ｂ））、過熱ガス化ステップ（図５（ｃ））を同時に満足して運転することにより、冷却空間に露飛びを発生せず、熱交換効率の低減を防止でき、さらに圧縮機１への液バックを防止して、信頼性の向上を図ることのできる空気調和機の運転方法を得ることができる。
【００２９】
次に、本実施の形態では、室内温度より外気温度が低い場合に自然循環運転モードで運転することができ、これについて説明する。
まず、基本的な自然循環を用いた空気調和機について、図６に基づいて説明する。凝縮器２を蒸発器４より相対的に高い位置に配置すると、凝縮器２で凝縮した液冷媒は、液配管１７内を重力により下降して蒸発器４に流入する。蒸発器４に流入した液冷媒は空調対象空間例えば室内の熱負荷を受けて蒸発した後、ガス配管１８を上昇して凝縮器２へ戻ることでサイクルが形成される。
【００３０】
このように、自然循環による冷房運転とは冷媒を循環させる駆動力として蒸発器４と凝縮器２との位置的な高低差における液冷媒とガス冷媒の密度差を利用するものであり、凝縮器２、蒸発器４、液配管１７、ガス配管１８、及び冷媒回路内の開閉弁部などの冷媒流路における圧力損失の和が液配管１７内の液柱高さによる圧力上昇と等しい場合に成立する。
【００３１】
図１の構成で、電子式膨張弁３の開度を、冷媒回路内の圧力損失を低減するために全開にすると、逆止弁６は冷媒の流れにより開放され、図６に示した構成と同様、点線矢印で示す自然循環運転のサイクルが形成される。そして、凝縮器２で凝縮した液冷媒は、液配管内を重力により下降して蒸発器４に流入する。蒸発器４に流入した液冷媒は空調対象空間例えば室内の熱負荷を受けて蒸発した後、ガス配管を上昇し圧縮機バイパス配管１３及び逆止弁６を通って凝縮器２へ戻る。ここで、冷媒は圧縮機１を通る流路にも流れようとするが、圧縮機１内部の流動抵抗が圧縮機バイパス配管１３の流動抵抗に比べて非常に大きいため、圧縮機１を通る冷媒流量は圧縮機バイパス配管１３を通る冷媒流量に対して無視できるほど小さくなる。
【００３２】
圧縮機を用いない自然循環運転のサイクルにおける圧力−エンタルピー線図を図７に示す。図において、横軸はエンタルピー、縦軸は圧力を示し、６０は蒸発器４内のエンタルピー増加と圧力降下、６１はガス配管内の圧力降下、６２は凝縮器２内のエンタルピー減少と圧力降下、６３は液配管での高低差による圧力上昇から液配管内の圧力降下を差し引いた圧力上昇を表している。自然循環による冷房運転のサイクルでは、圧縮機１を用いた強制循環による冷房運転のサイクルに比べて、蒸発器４内のエンタルピー変化量と凝縮器２内のエンタルピー変化量がほぼ等しく、冷媒の流れが反対になるという特徴を有している。
【００３３】
このように、本実施の形態では自然循環運転を兼ね備えた空気調和機であり、自然循環運転の必要動力としては室外ファン２１と室内ファン２２の入力だけとなるため、年間消費電力の大幅削減が可能となる。
【００３４】
また、圧縮機バイパス回路１３に設けた逆止弁６は、電磁式の開閉弁などを用い、自然循環運転の時に開、強制循環運転の時に閉として動作させても上記と同様の効果を奏する。ただし、本実施の形態のように、蒸発器４の流出部から凝縮器２の流入部への冷媒の流れを開とし逆方向の流れを閉とする逆止弁６を用いると、自然循環運転と強制循環運転に応じて開閉を行う必要がなく、容易に冷媒回路の変更を行うことができる。即ち、強制循環運転では、圧縮機１の吐出圧力と吸入圧力との圧力差によって逆止弁６は自動的に閉止され、また、自然循環運転に切換える際には電子式膨張弁の開度を全開、および圧縮機１を停止することによって冷媒は冷媒回路内を自然循環し、逆止弁６の両側にかかっていた圧力が逆になり、逆止弁６は自動的に開となる。
【００３５】
なお、上記では強制循環運転と自然循環運転を有する空気調和機について述べたが、圧縮機１による強制循環運転のみを行なう構成でもよい。
【００３６】
図８は本実施の形態に係る別の構成の空気調和機を示す冷媒回路図である。図において、８は開閉弁で例えば電磁弁、１５は電磁弁８を介して電子式膨張弁３を迂回するように取りつけられたバイパス配管である。また、図１と同一符号は同一または相当部分を示し、ここでは説明を省略する。図中、実線矢印は強制循環運転における冷媒の流れ方向を示し、点線矢印は自然循環運転における冷媒の流れ方向を示す。
【００３７】
電子式膨張弁３は通電する電流によってその減圧量を設定できるというように外部から制御が可能な膨張弁であり、また電磁弁８は通電により開閉が外部から制御可能な開閉弁である。この構成では、電子式膨張弁３と電磁弁８のそれぞれを強制循環運転と自然循環運転で異なる開度を設定し、例えば制御装置５５から制御信号を送ることで切換えることができる。
【００３８】
この空気調和機でも、外気温度が室内温度よりも所定温度以上低い場合に、自然循環運転を行ない、それ以外の場合に、圧縮機１を運転した強制循環運転を行なう。この強制循環運転では電磁弁８を閉として運転する。このため、図１に示した空気調和機と同様の動作となり、その効果も図１と同様である。
また、室内温度が外気温度よりも所定温度以上高いときには、圧縮機１を停止状態として外気の冷熱を利用した自然循環運転を行う。自然循環運転時には、電子式膨張弁３の開度を全閉にし、ほぼ同時にバイパス配管１５に設けた電磁弁８を開とする。逆止弁６は冷媒の流れにより開放され、点線矢印に示すような自然循環運転のサイクルが形成される。そして、凝縮器２で凝縮した液冷媒は、バイパス配管１５内を重力により下降して蒸発器４に流入する。蒸発器４に流入した液冷媒は室内の熱負荷を受けて蒸発した後、圧縮機バイパス配管１３を上昇して逆止弁６を通って凝縮器２へ戻る。
【００３９】
この構成の空気調和機では、自然循環運転の際に液冷媒が電子式膨張弁３を通過しないようなバイパス配管１５を設けたことで、回路内の圧力損失を減らすことができるため、自然循環運転で冷媒が安定的に流れやすくなる。
【００４０】
図９は本実施の形態に係る別の構成の空気調和機を示す冷媒回路図である。図において、１６は過熱ガス化手段である二重管熱交換器５及び電子式膨張弁３を迂回するように取りつけられたバイパス配管であり、このバイパス配管１６は電磁弁８を有する。また、図８と同一符号は同一または相当部分を示し、ここでは説明を省略する。図中、実線矢印は強制循環運転における冷媒の流れ方向を示し、点線矢印は自然循環運転における冷媒の流れ方向を示す。
【００４１】
この空気調和機でも、外気温度が室内温度よりも所定温度以上低い場合に、自然循環運転を行ない、それ以外の場合に強制循環運転を行う。強制循環運転では、圧縮機１を運転状態とし、電磁弁８を閉として、図１と同様の冷媒回路を構成し、その効果も図１と同様である。
また、室内温度が外気温度よりも所定温度以上高い時には、圧縮機１を停止状態として外気の冷熱を利用した自然循環運転を行う。自然循環運転時には、電子式膨張弁３の開度を全閉にし、ほぼ同時にバイパス配管１６に設けた電磁弁８を開とする。この切換えは例えば制御装置５５から制御信号を送ることで制御できる。逆止弁６は冷媒の流れにより開放され、点線矢印に示すような自然循環運転のサイクルが形成される。そして、凝縮器２で凝縮した液冷媒は、バイパス配管１６内を重力により下降して蒸発器４に流入する。蒸発器４に流入した液冷媒は室内の熱負荷を受けて蒸発した後、圧縮機バイパス配管１３を上昇して逆止弁６を通って凝縮器２へ戻る。
【００４２】
この構成の空気調和機では、自然循環運転の際に液冷媒が二重管熱交換器５及び電子式膨張弁３を通過しないようなバイパス配管１６を設けたことで、回路内の圧力損失を減らすことができるため、自然循環運転で冷媒が安定的に流れやすくなる。図８に示した構成に比べ、さらに二重管熱交換器５を迂回するので、その分、圧力損失を減らすことができ、効率を上げることができる。
【００４３】
図１０は本実施の形態に係る別の構成の空気調和機を示す冷媒回路図である。図において、５２、５３は温度検知手段であり例えばサーミスタであり、サーミスタ５２は電子式膨張弁３の出口側に取り付けられ、サーミスタ５３は配管１２に取り付けられる。また、図９と同一符号は同一または相当部分を示し、ここでは説明を省略する。図中、実線矢印は強制循環運転における冷媒の流れ方向を示し、点線矢印は自然循環運転における冷媒の流れ方向を示す。
【００４４】
電子式膨張弁３は通電する電流によってその減圧量を設定できるというように外部から制御が可能な膨張弁であり、また電磁弁８は通電により開閉が外部から制御可能な開閉弁であり、例えば強制循環運転と自然循環運転で異なる開度を設定して切換えることができる。
【００４５】
強制循環運転において、サーミスタ５２は電子式膨張弁３の出口側の冷媒温度を検知する。また、サーミスタ５３は二重管熱交換器５の出口側の冷媒温度を検知する。外気温度が室内温度よりも高いとき、または外気温度が室内温度よりも低いがその温度差が所定温度以下のときに強制循環運転を行うのであるが、その際、サーミスタ５２及びサーミスタ５３から二重管熱交換器５の出口側における冷媒の過熱度を算出する。この算出した過熱度に基づいて、制御装置５５によって例えば電子式膨張弁３の開度を適切な開度に設定し、二重管熱交換器５の出口側における冷媒の過熱度が５℃程度になるように制御する。二重管熱交換器５として予め最適に構成されていれば、二重管熱交換器５の出口側の冷媒の過熱度状態で制御することで、蒸発器４の流出部の冷媒状態は湿り状態または飽和ガス近傍の状態に保つことができる。即ち、熱交換効率が最適な状態で運転できる空気調和機を得ることができる。ここで、制御装置５５によって電子式膨張弁３の減圧量を制御するとしたが、ファン２２の風量や圧縮機１の周波数を制御しても同様の効果を奏する。
【００４６】
また、サーミスタ５２及びサーミスタ５３が検出した温度データから二重管熱交換器５の出口側の冷媒の過熱度を算出し、二重管熱交換器５の出口側の冷媒過熱度を所定の値以上、例えば５℃以上になるように制御することで、必ず乾き状態の冷媒ガスを圧縮機１の吸入側に流入させることができる。このため、圧縮機1に液戻りが生じて液圧縮が発生することない信頼性の高い空気調和機を提供できる。
【００４７】
なお、自然循環運転を備えたことによる動作並びに作用効果、及びバイパス配管１６と開閉弁８を備えたことによる動作並びに作用効果は、図９の構成と同様である。
即ち、自然循環運転の際に液冷媒が二重管熱交換器５及び電子式膨張弁３を通過しないようなバイパス配管を設けたことで、回路内の圧力損失を減らすことができるため、自然循環運転で冷媒が安定的に流れやすくなる。ただし、図１、図８に示した構成の空気調和機にサーミスタ５２、サーミスタ５３を設けて圧縮機１の吸入側に流入する冷媒の過熱度を検知するように構成してもよい。図１、図８においても、圧縮機１の吸入側に流入する冷媒の過熱度に応じて、電子式膨張弁３の減圧量及びファン２２の風量及び圧縮機１の周波数のうちの少なくともいずれか１つを制御すれば、圧縮機1に液戻りが生じて液圧縮が発生することない信頼性の高い空気調和機を提供できる。
【００４８】
実施の形態２．
図１１は本発明の実施の形態２に係る空気調和機の構成を示す冷媒回路図である。この空気調和機は過熱ガス化手段として実施の形態１とは別の構成を有するものである。実施の形態１と同様、この空気調和機は、例えば強制循環運転と自然循環運転とを備えた構成であり、以下、例えば蒸発器で室内を冷却する冷却装置として説明する。
図１１に示すように、本実施の形態の空気調和機は、冷媒ガスを圧縮する圧縮機１、この冷媒ガスを冷却液化させる凝縮器２、室外空気を強制的に凝縮器２に送風する室外ファン２１、凝縮器２を出た高圧の冷媒液を減圧して二相状態の湿り蒸気とする第一減圧装置である電子式膨張弁３、電子式膨張弁３を介して流入した湿り蒸気を空調対象空間である室内の空調負荷によって蒸発させる蒸発器４、室内空気を強制的に蒸発器４に送風する室内ファン２２、冷媒を過熱ガス状態で圧縮機１に流入させる過熱ガス化手段として、例えば凝縮器２から流出する冷媒の一部を配管１１と配管１４とに分岐し、配管１４に分岐した冷媒を第二減圧装置である電子式膨張弁７と二重管熱交換器５を介して蒸発器４の流出部に合流させる構成を備える。二重管熱交換器５は、配管１１を流れる冷媒と配管１４を流れる冷媒とを熱交換する。また、自然循環運転時に圧縮機１を迂回させるための開閉弁である逆止弁６を介した圧縮機バイパス配管１３、蒸発器４に吸込む空気の露点温度を検出する露点温度検知手段５０、蒸発器配管の表面温度を検出する蒸発器配管温度検知手段５１、例えば記憶部と演算部を有するマイクロピュータなどの制御装置５５により構成されている。この実施の形態では、各機器を一つの箱体３０にコンパクトに収め、ファン２１によって室外空気を吸込み、凝縮器２と熱交換した後吹出すように構成し、ファン２２によって室内空気を吸込み、蒸発器４と熱交換した後に冷却対象とする空間に吹出すように構成する。また、露点温度検知手段５０は、例えば相対湿度センサー及び室温センサーを有し、これで検出した相対湿度と室温との関係から露点温度を算出する。制御装置５５は、露点温度検知手段５０や蒸発器配管温度検知手段５１で検知した情報を入力して、電子式膨張弁３、７の減圧量や圧縮機１の周波数やファン２１、２２の送風量を制御している。
【００４９】
また、凝縮器２は蒸発器４よりも高い位置に配置されており、図１１では示されてはいないが、凝縮器２から蒸発器４に至る配管は重力に対し上方から下方に冷媒がスムーズに流れるように配置されている。図中、実線矢印は強制循環運転での冷媒の流れ方向を示し、点線矢印は自然循環運転での冷媒の流れ方向を示している。また、制御装置５５と各機器を結ぶ点線は信号線を示す。
【００５０】
制御装置５５によって制御されている電子式膨張弁３、７は、通電する電流によってその開度を変えることで減圧量を設定できるというように外部から制御が可能な膨張弁であり、例えば強制循環運転モードと自然循環運転モードで異なる開度を設定して切換えることができる。
【００５１】
この空気調和機は実施の形態１と同様、例えば年間を通して冷房が必要な場所に利用され、蒸発器４で熱交換する気体温度である室内温度が、凝縮器２で熱交換する気体温度である外気温度よりも所定温度以上高いときには、圧縮機１を停止状態として外気の冷熱を利用した自然循環運転を行う。それ以外の時、即ち、室内温度が外気温度よりも低い、または室内温度が外気温度よりも高いがその差が所定温度よりも小さいときには、圧縮機１を運転状態とした強制循環運転を行う。このときの所定温度は０℃も含んでいる。即ち、室内温度が外気温度以下である場合に強制循環運転を行ない、室内温度が外気温度よりも高い場合に自然循環運転を行なうこともある。
【００５２】
以下、強制循環運転の動作について説明する。
電子式膨張弁３、電子式膨張弁７の開度を、凝縮器２から流出した冷媒液を減圧して二相状態の湿り蒸気とするための適切な開度に設定して圧縮機１を運転すると、逆止弁６は圧縮機１の吐出圧力と吸入圧力との圧力差で閉止されて強制循環運転のサイクルが形成され、冷媒は図１１の実線矢印で示すように循環する。即ち、圧縮機１によって配管内の冷媒ガスが断熱的に圧縮されて過熱状態となり、凝縮器２で外気へ放熱して高圧の冷媒液となる。その後配管１１と配管１４に分岐する。配管１４に分岐された高圧の冷媒液は電子式膨張弁７によって減圧されて二重管熱交換器５で熱交換し、配管１４の冷媒は過熱度の高い冷媒ガスとなる。一方、配管１１に分岐された高圧の冷媒液は二重管熱交換器５で熱交換して過冷却度の高い冷媒液となり、電子式膨張弁３で減圧されて気液混合状態の低温低圧の湿り蒸気となる。さらに冷媒は蒸発器４で気化熱を吸収して湿り状態または飽和ガス近傍の状態、例えば飽和ガスとなって、配管１４を通過した冷媒ガスと合流して過熱度の高い乾き状態の冷媒ガスとなり圧縮機１の吸入側へ戻る。
【００５３】
ここで、蒸発器４における冷媒配管の表面温度が露点温度検知手段５０によって検出した露点温度以上になるように、電子式膨張弁３の減圧量及びファン２２の風量及び圧縮機１の周波数のうちの少なくとも１つを設定する。蒸発器４における冷媒配管の表面温度を露点温度以上にするには、冷媒の蒸発温度は蒸発器４内の冷媒配管の表面温度とほぼ同一であるため、蒸発器４における冷媒の蒸発温度を露点温度以上に上げればよい。例えば室内の空気の相対湿度が５５％で温度が２９℃または絶対湿度が０．０１４［ｋｇ／ｋｇ（ＤＡ）］の場合には、露点温度検知手段５０で室内空気の露点温度が１９℃であると検知されるので、冷媒の蒸発温度が露点温度よりも高い温度、例えば２０℃になるように運転する。具体的には、例えばファン２２の風量を上げると、冷媒の蒸発温度を上げることができる。冷媒の蒸発温度を上げることで、蒸発器４内の配管温度は露点温度以下になることはなく、蒸発器４内に吸い込んだ室内空気が露点温度以下に冷やされることはない。即ち、蒸発器４内で結露による水滴が生じるのを防止でき、室内への露飛びを防止できる。このため、室内に収納してある電子機器などに水滴が影響を及ぼすのを防止でき、信頼性の高い空気調和機を得ることができる。
もちろん、実施の形態１と同様、冷媒の蒸発温度を上げるには、ファン２２の風量を上げるのみではなく、電子式膨張弁３の減圧量や圧縮機１の周波数を制御しても可能であり、また、電子式膨張弁３の減圧量及びファン２２の風量及び圧縮機１の周波数のいずれか２つを制御したり、また運転状況によってはすべてを制御することで、冷媒の蒸発温度を上げるようにしてもよい。
【００５４】
また、本実施の形態では、蒸発器４の流出部での冷媒状態を湿り状態または飽和ガス近傍になるように運転する。蒸発器４の出口部の冷媒が過熱ガスになる様に運転すると、蒸発器４の熱交換面積を最大限に利用していないため、蒸発器４の運転効率の低減を招く。そこで、この実施の形態では蒸発器４の流出部の冷媒状態を湿り状態または飽和ガス近傍になるように運転することで効率の向上を図ることができる。ここで、冷媒状態が湿り状態または飽和ガス近傍であればよく、例えば１℃程度の過熱度がついていてもよい。また、冷媒状態が湿り状態の場合には、乾き度が０．５〜１程度の湿り状態が好ましい。例えば蒸発器４の流出部の冷媒に過熱度がついている場合には電子式膨張弁３の減圧量を小さくする。また、例えば蒸発器４の流出部の乾き度が小さい場合には、逆に電子式膨張弁３の減圧量を大きくする。
蒸発器４の流出部の冷媒状態を湿り状態または飽和ガス近傍になるように運転すると、蒸発器４を効率よく運転することができ、蒸発器４での熱交換効率を向上できる。即ち、蒸発器４における冷媒の蒸発温度を露点温度以上とし、蒸発器４の流出部での冷媒状態が湿り状態または飽和ガス近傍になるように運転すると、室内への露飛びは防止され、かつ熱交換効率も高い状態で運転できる。
なお、実施の形態１と同様、蒸発器４の流出部で湿り状態または飽和ガスの近傍になるように、例えば電子式膨張弁３の減圧量を制御するとしたが、これに限るものではなく、ファン２２の風量や圧縮機１の周波数を制御しても可能であり、また、電子式膨張弁３の減圧量及びファン２２の風量及び圧縮機１の周波数のいずれか２つを制御したり、また運転状況によってはすべてを制御することで、蒸発器４の流出部で湿り状態または飽和ガスの近傍になるようにしてもよい。冷媒の蒸発温度を吸込空気の露点温度以上にでき、且つ蒸発器４の流出部で湿り状態または飽和ガスの近傍になるように、電子式膨張弁３の減圧量及びファン２２の風量及び圧縮機１の周波数のうちの少なくともいずれか１つを制御すればよい。
【００５５】
さらに、本実施の形態に係る空気調和機では、過熱ガス化手段として凝縮器２から流出する冷媒の一部を過熱ガス状態として、蒸発器４より流出される湿り状態または飽和ガス近傍の冷媒ガスと合流させることで、圧縮機１の吸入側（Ａ）の冷媒の過熱度は大きくなる。この増加量は配管１１と配管１４に分岐する冷媒の流量比にもよるが、必ず過熱ガスとなるように二重管熱交換器５の大きさを設定したり、電子式膨張弁７の減圧量を設定することができ、乾き状態の冷媒ガスとして圧縮機１の吸入側に流入させることができる。このため、圧縮機１の吸入側に液戻りが生じて液圧縮が発生することなく、強制循環運転することができる。従って、信頼性の高い空気調和機が得られる。
この実施の形態においても、蒸発器４での吸入空気と吹出空気の関係は、実施の形態１における図４に示したものと同様である。
【００５６】
さらに本実施の形態による過熱ガス化手段では、凝縮器２から流出する冷媒を配管１１と配管１４へ分流することで、蒸発器４内の圧力損失が低下し、冷却能力を向上させることができる。
【００５７】
なお、必ずこのような強制循環運転を行なうのではなく、強制循環運転の運転モードを環境状態によって複数設けておき、ここで説明した強制循環運転は、そのうちの１つの運転モードとして動作するようにしてもよい。特に冷却の際に結露を生じさせたくない場合や除湿したくない場合にこの運転モードが有効となる。
また、室内吸入空気の露点温度に応じて冷媒の蒸発温度を制御するために、膨張弁３、７の開度やファン２２の風量や圧縮機１の周波数を制御する制御装置５５が必要となるが、通常、空気調和機はマイクロコンピュータなどを内蔵して制御を行なっており、その制御装置に本実施の形態における制御を兼ね備えるように構成すればよい。
【００５８】
次に、この実施の形態では、室内温度より外気温度が低い場合に自然循環運転モードで運転することができ、これについて説明する。電子式膨張弁３の開度を、冷媒回路内の圧力損失を低減するために全開にすると、逆止弁６は冷媒の流れにより開放される。これと同時に電子式膨張弁７を閉止すると、配管１４に冷媒は流入せずに、図１１の点線矢印で示す自然循環運転のサイクルが形成される。そして、凝縮器２で凝縮した液冷媒は、液配管内を重力により下降して蒸発器４に流入する。蒸発器４に流入した液冷媒は空調対象空間例えば室内の熱負荷を受けて蒸発した後、ガス配管を上昇し圧縮機バイパス配管１３の逆止弁６を通って凝縮器２へ戻る。ここで、冷媒は圧縮機１を通る流路にも流れようとするが、圧縮機１内部の流動抵抗が圧縮機バイパス配管１３の流動抵抗に比べて非常に大きいため、圧縮機１を通る冷媒流量は圧縮機バイパス配管１３を通る冷媒流量に対して無視できるほど小さくなる。
【００５９】
このように図１１に示す空気調和機では自然循環運転を備え、外気温度と室内温度に応じて切換える構成であり、自然循環運転の必要動力としては室外ファン２１と室内ファン２２の入力だけとなるため、年間消費電力の大幅削減が可能となる。
【００６０】
図１２は本実施の形態に係る別の構成の空気調和機を示す冷媒回路図である。図において、８は開閉弁で例えば電磁弁、１５は電磁弁８を介して電子式膨張弁３を迂回するように取りつけられたバイパス配管である。また、図１１と同一符号は同一または相当部分を示し、ここでは説明を省略する。図中、実線矢印は強制循環運転における冷媒の流れ方向を示し、点線矢印は自然循環運転における冷媒の流れ方向を示す。
【００６１】
電子式膨張弁３、７は通電する電流によってその減圧量を設定できるというように外部から制御が可能な膨張弁であり、また電磁弁８は通電により開閉が外部から制御可能な開閉弁である。この構成では、電子式膨張弁３と電子式膨張弁７と電磁弁８のそれぞれを強制循環運転と自然循環運転で異なる開度を設定し、例えば制御装置５５から制御信号を送ることで切換えることができる。
【００６２】
この空気調和機でも、外気温度が室内温度よりも所定温度以上低い場合に、自然循環運転を行い、それ以外の場合に、圧縮機１を運転した強制循環運転を行なう。この強制循環運転では電磁弁８を閉として運転する。このため、図１１に示した空気調和機の強制循環運転と同様の動作となり、その効果も図１１と同様である。
また、室内温度が外気温度よりも所定温度以上高いときには、圧縮機１を停止状態として外気の冷熱を利用した自然循環運転を行う。自然循環運転時には、電子式膨張弁３、７の開度を全閉にし、ほぼ同時にバイパス配管１５に設けた電磁弁８を開とする。逆止弁６は冷媒の流れにより開放され、点線矢印に示すような自然循環運転のサイクルが形成される。そして、凝縮器２で凝縮した液冷媒は、バイパス配管１５内を重力により下降して蒸発器４に流入する。蒸発器４に流入した液冷媒は室内の熱負荷を受けて蒸発した後、圧縮機バイパス配管１３を上昇して逆止弁６を通って凝縮器２へ戻る。
【００６３】
この構成の空気調和機では、自然循環運転の際に液冷媒が電子式膨張弁３を通過しないようなバイパス配管１５を設けたことで、回路内の圧力損失を減らすことができるため、自然循環運転で冷媒が安定的に流れやすくなる。
【００６４】
図１３は本実施の形態に係る別の構成の空気調和機を示す冷媒回路図である。図において、１６は電磁弁８を介して二重管熱交換器５及び電子式膨張弁３を迂回するように取りつけられたバイパス配管である。また、図１２と同一符号は同一または相当部分を示し、ここでは説明を省略する。図中、実線矢印は強制循環運転における冷媒の流れ方向を示し、点線矢印は自然循環運転における冷媒の流れ方向を示す。
【００６５】
この空気調和機でも、外気温度が室内温度よりも所定温度以上低い場合に、自然循環運転を行い、それ以外の場合に強制循環運転を行う。強制循環運転では、圧縮機１を運転状態とし、電磁弁８を閉として、図１１と同様の冷媒回路を構成し、その効果も図１１と同様である。
また、室内温度が外気温度よりも所定温度以上高い時には、圧縮機１を停止状態として外気の冷熱を利用した自然循環運転を行う。自然循環運転時には、制御装置５５からの制御信号により電子式膨張弁３、７の開度を全閉にし、ほぼ同時にバイパス配管１６に設けた電磁弁８を開とする。逆止弁６は冷媒の流れにより開放され、点線矢印に示すような自然循環運転のサイクルが形成される。そして、凝縮器２で凝縮した液冷媒は、バイパス配管１６内を重力により下降して蒸発器４に流入する。蒸発器４に流入した液冷媒は室内の熱負荷を受けて蒸発した後、圧縮機バイパス配管１３を上昇して逆止弁６を通って凝縮器２へ戻る。
【００６６】
この構成の空気調和機では、自然循環運転の際に液冷媒が二重管熱交換器５及び電子式膨張弁３を通過しないようなバイパス配管１６を設けたことで、回路内の圧力損失を減らすことができるため、自然循環運転で冷媒が安定的に流れやすくなる。図１２に示した構成に比べ、さらに二重管熱交換器５を迂回するので、その分、圧力損失を減らすことができ、効率を向上することができる。
【００６７】
図１４は本実施の形態に係る別の構成の空気調和機を示す冷媒回路図である。図において、５２、５３、５４は温度検知手段であり例えばサーミスタであり、サーミスタ５２は電子式膨張弁３の出口側に取り付けられ、サーミスタ５３は配管１４の二重管熱交換器５から流出する冷媒と蒸発器４から流出する冷媒が合流した後の配管に取り付けられ、サーミスタ５４は二重管熱交換器５の流出部の配管１４に取り付けられる。図では省略したが温度検知手段であるサーミスタ５２、５３、５４のそれぞれからの検知信号は制御装置５５に送信され、この検知した値に基づいて、制御装置５５は、電子式膨張弁３の減圧量、またはファン２２の風量、または圧縮機１の周波数を制御する。また、図１３と同一符号は同一または相当部分を示し、ここでは説明を省略する。図中、実線矢印は強制循環運転における冷媒の流れ方向を示し、点線矢印は自然循環運転における冷媒の流れ方向を示す。
【００６８】
電子式膨張弁３と電子式膨張弁７は通電する電流によってその減圧量を設定できるというように外部から制御が可能な膨張弁であり、電磁弁８は通電により開閉が外部から制御可能な開閉弁である。例えば制御装置５５から制御信号を送ることで、強制循環運転と自然循環運転で異なる開度を設定して切換えることができる。
【００６９】
強制循環運転において、サーミスタ５２は電子式膨張弁３の出口側の冷媒温度を検知する。また、サーミスタ５３は二重管熱交換器５の流出部の冷媒温度と蒸発器４の流出部の冷媒が合流した後の冷媒温度を検知する。また、サーミスタ５４は配管１４を流れる冷媒が二重管熱交換器５から流出する冷媒温度を検知する。そして、サーミスタ５２とサーミスタ５３から蒸発器４の流出部と二重管熱交換器５の流出部の合流部における過熱度ＳＨ１を算出する。また、サーミスタ５２とサーミスタ５４から二重管熱交換器５の流出部の過熱度ＳＨ２を算出する。そして、算出したＳＨ２とＳＨ１の差が所定温度差ΔＴ以上となるよう（ＳＨ２−ＳＨ１＞ΔＴ）に電子式膨張弁３及び電子式膨張弁７を適切な開度に設定する。
【００７０】
図１０の構成と同様、サーミスタ５２及びサーミスタ５３が検出した温度データから合流部における冷媒の過熱度ＳＨ１を算出し、この冷媒の過熱度を所定温度以上に制御することで、確実に乾き状態の過熱ガスを圧縮機１の吸入側に流入させることができる。例えば５℃程度の過熱度になるように制御すれば、圧縮機1に液戻りが生じて液圧縮が発生することない信頼性の高い空気調和機を提供できる。
さらに、サーミスタ５２とサーミスタ５４から二重管熱交換器５の流出部の過熱度ＳＨ２を算出する。そして、算出したＳＨ２とＳＨ１の差が所定温度差ΔＴ以上、即ち（ＳＨ２−ＳＨ１）＞ΔＴとなるように電子式膨張弁３及び電子式膨張弁７を適切な開度に設定する。ＳＨ１よりも△ＴだけＳＨ２を大きくすることで、確実に蒸発器４の流出部の冷媒を湿り状態または飽和ガス近傍になるように運転できる。このため、蒸発器４を効率よく運転できる空気調和機が得られる。
なお、ここでは電子式膨張弁３、７の減圧量を制御するようにしたが、ファン２２の風量や圧縮機１の周波数を制御しても同様の効果を奏する。
【００７１】
さらに、合流前の蒸発器４の出口部の冷媒温度を検出するサーミスタを取り付ければ、より詳細な蒸発器４の出口状態を知ることができ、蒸発器４をさらに適切な状態で運転することが可能となる。
【００７２】
なお、自然循環運転を備えたことによる動作並びに作用効果、及び配管１６と開閉弁８を備えたことによる動作並びに作用効果は、図１３の構成と同様である。即ち、自然循環運転の際に液冷媒が二重管熱交換器５及び電子式膨張弁３を通過しないようなバイパス配管を設けたことで、回路内の圧力損失を減らすことができるため、自然循環運転で冷媒が安定的に流れやすくなる。
ただし、図１１、図１２、図１３に示した構成の空気調和機にサーミスタ５２、５３、５４を設けて圧縮機１の吸入側に流入する冷媒の過熱度を検知するように構成してもよい。図１１、図１２、図１３においても、圧縮機１の吸入側に流入する冷媒の過熱度や合流する前の二重管熱交換器５から流出する冷媒の過熱度に応じて、電子式膨張弁３の減圧量及びファン２２の風量及び圧縮機１の周波数のうちの少なくとも１つを制御すれば、蒸発器４の出口における冷媒を湿り状態または飽和ガス近傍とすることで効率の向上を図ることができ、さらに圧縮機1に液戻りが生じて液圧縮が発生することなく、信頼性の高い空気調和機を提供できる。
【００７３】
なお、実施の形態１、実施の形態２では、空気調和機を構成するすべての機器を箱体３０に納めたコンパクトな構成としたが、これに限るものではなく、室外機と室内機に分離し、その間を冷媒配管で接続するように構成してもよい。
また、実施の形態１及び実施の形態２では、強制循環運転モードと自然循環運転モードを有し、強制循環運転用の回路と自然循環運転用の回路とを切替え可能としたが、年間を通して冷房が必要な場所に設置せず、外気温度が暑いときに室内を冷房する冷房装置として機能させるなら、自然循環運転を兼ね備えていなくてもよい。
【００７４】
実施の形態３．
図１５は本発明の実施の形態３に係る空気調和機の構成を示す冷媒回路図である。この空気調和機は蒸発器を複数台、例えば２台設け、複数の空間を冷却可能としたものである。
図１５に示すように、例えば２台の蒸発器４ａ、４ｂを並列に接続して構成し、他の主な構成は図１と同様である。実施の形態１と同様、圧縮機１に流入する冷媒の過熱度を上げる過熱ガス化手段として、例えば蒸発器４ａ、４ｂから流出する湿り状態の冷媒を高温高圧の冷媒と熱交換させて過熱ガスとする二重管熱交換器５ａ、５ｂを備える。二重管熱交換器５ａ、５ｂ、減圧装置である電子式膨張弁３ａ、３ｂ、ファン２２ａ、２２ｂを、例えば蒸発器４ａ、４ｂごとに設け、ファン２２ａ、２２ｂ及び蒸発器４ａ、４ｂを冷却対象とする空間にそれぞれ配置する。凝縮器２の流出部の配管１１を配管１１ａ、１１ｂに分岐し、それぞれ電子式膨張弁３ａ、３ｂを介して蒸発器４ａ、４ｂに接続する。露点温度検知手段５０ａ、５０ｂは、蒸発器４ａ、４ｂに送風される各室内空気の露点温度を検知するもので、例えば吸込空気の相対湿度と温度を検知して図４に示した空気線図に基づいて露点温度を検知する。また、蒸発器配管温度検知手段５１ａ、５１ｂは蒸発器４ａ、４ｂの配管の温度を検知する例えばサーミスタである。制御装置５５ａ、５５ｂは露点温度検知手段５０ａ、５０ｂと蒸発器配管温度検知手段５１ａ、５１ｂからの検知信号を入力し、この検出値に応じて電子式膨張弁３ａ、３ｂの減圧量やファン２２ａ、２２ｂの送風量を制御する。図中、実線矢印は冷房運転における冷媒の流れ方向を示し、制御装置５５ａ、５５ｂと各機器を結ぶ点線は信号線を示す。もちろん、制御装置５５ａ、５５ｂは蒸発器４ａ、４ｂのそれぞれに設けるのではなく、１つで両方の制御を行うこともできる。
【００７５】
以下、蒸発器４ａ、４ｂを２つの冷却対象とする空間に設置し、それぞれを冷却する冷房運転の動作について説明する。この２つの冷却対称空間のそれぞれには、水滴に影響を受けやすい電子機器などが収納されているとする。
電子式膨張弁３ａ、３ｂの開度を、凝縮器２から流出した冷媒液を減圧して二相状態の湿り蒸気とするための適切な開度に設定して圧縮機１を運転すると、冷媒は図１５の実線矢印で示すように循環する。即ち、圧縮機１によって配管内の冷媒ガスが断熱的に圧縮されて過熱状態となり、凝縮器２で外気へ放熱して高圧の冷媒液となる。凝縮器２から流出した冷媒液は、蒸発器４ａ、４ｂへと循環する回路に分岐してそれぞれ二重管熱交換器５ａ、５ｂで熱交換し、高圧の冷媒液は電子式膨張弁３ａ、３ｂを通って減圧され、気液二相混合状態の低温低圧の湿り蒸気となる。さらに冷媒は蒸発器４ａ、４ｂで気化熱を吸収して湿り状態または飽和ガス近傍の状態、例えば飽和ガスとなって配管１２ａ、１２ｂに設けた二重管熱交換器５ａ、５ｂを通って高圧側液冷媒から吸熱して過熱ガスとなる。そして、合流して配管１２に流れ、圧縮機１の吸入側へ戻る。
【００７６】
通常の除湿を伴う冷房運転では、蒸発器での冷媒の蒸発温度は、蒸発器と熱交換する吸込空気の露点温度に関係なく、室内空気の冷却設定温度に応じて、また効率を高めるため、−１０℃〜１５℃程度に低い状態で運転される。冷媒の蒸発温度が露点温度よりも低い蒸発温度で運転されると、蒸発器に吸込まれる室内空気は冷媒と熱交換して露点温度以下に冷却されて除湿され、水滴となって室内に露飛びする。
【００７７】
そこで、本実施の形態では、蒸発器４ａ、４ｂにおける冷媒配管の表面温度が吸込空気の露点温度以上になるように、電子式膨張弁３ａ、３ｂの減圧量及びファン２２ａ、２２ｂの風量のうちの少なくとも１つを設定する。蒸発器４ａ、４ｂ内の冷媒配管の表面温度は冷媒の蒸発温度とほぼ同一であり、冷媒の蒸発温度を吸入空気の露点温度以上に高くして運転する。例えば室内の空気の相対湿度が５５％で温度が２９℃または絶対湿度０．０１４［ｋｇ／ｋｇ（ＤＡ）］の場合には、露点温度検知手段５０ａ、５０ｂで検知した室内空気の露点温度が１９℃であると検知されるので、蒸発温度を露点温度よりも高い温度例えば２０℃になるように運転する。このためには例えばファン２２ａ、２２ｂの風量を上げると、冷媒の蒸発温度を上げることができる。この時、制御装置５５ａ、５５ｂのそれぞれでは、蒸発器配管温度検知手段５１ａ、５１ｂと露点温度検知手段５０ａ、５０ｂによって検出した温度を入力し、この温度を比較した結果に基づいてファン２２ａ、２２ｂを制御する制御信号を送る。
【００７８】
冷媒の蒸発温度を上げることで、蒸発器４ａ、４ｂ内の配管温度は露点温度以下になることはなく、蒸発器４ａ、４ｂ内に吸込んだ室内空気が露点温度以下に冷やされることはない。このため、蒸発器４ａ、４ｂ内で結露による水滴が生じるのを防止でき、それぞれの冷却対象空間への露飛びを防止できる。
もちろん、実施の形態１、実施の形態２と同様、冷媒の蒸発温度を上げるには、ファン２２の風量を上げるのみではなく、電子式膨張弁３の減圧量を制御しても可能であり、また、電子式膨張弁３の減圧量及びファン２２の風量の周波数のいずれか２つを制御したり、また運転状況によっては圧縮機１の周波数を制御することで、冷媒の蒸発温度を上げるようにしてもよい。
【００７９】
また、本実施の形態では、蒸発器４ａ、４ｂの流出部での冷媒状態を湿り状態または飽和ガス近傍になるように運転する。従来は、圧縮機１の吸入側を過熱ガス状態とするため、蒸発器４ａ、４ｂの出口側の冷媒に過熱度をつけて過熱ガスとして運転していたが、この運転では、蒸発器４の熱交換面積を最大限に利用していないため、蒸発器４の運転効率の低減を招く。そこで、この実施の形態では蒸発器４ａ、４ｂの流出部の冷媒状態を湿り状態または飽和ガス近傍になるように運転することで効率の向上を図ることができる。ここで、冷媒状態が湿り状態または飽和ガス近傍であればよく、例えば１℃程度の過熱度がついていてもよい。また、冷媒状態が湿り状態の場合には、乾き度が０．５〜１程度の湿り状態が好ましい。例えば蒸発器４ａ、４ｂの流出部の冷媒に過熱度がついている場合には例えば電子式膨張弁３ａ、３ｂの減圧量を小さくする。また、例えば蒸発器４ａ、４ｂの流出部の乾き度が小さい場合には、例えば電子式膨張弁３ａ、３ｂの減圧量を大きくする。
【００８０】
蒸発器４ａ、４ｂの流出部の冷媒状態を湿り状態または飽和ガス近傍になるように運転することで、蒸発器４ａ、４ｂを効率よく運転することができ、蒸発器４ａ、４ｂでの熱交換効率を向上できる。即ち、蒸発器４ａ、４ｂにおける冷媒の蒸発温度を露点温度以上とし、蒸発器４ａ、４ｂの流出部での冷媒状態が湿り状態または飽和ガスの近傍になるように運転すると、室内への露飛びは防止され、かつ熱交換効率が高い状態で運転できる。
なお、実施の形態１、実施の形態２と同様、蒸発器４の流出部で湿り状態または飽和ガスの近傍になるように、例えば電子式膨張弁３ａ、３ｂの減圧量を制御するとしたが、これに限るものではなく、ファン２２ａ、２２ｂの風量を制御しても可能であり、また、電子式膨張弁３ａ、３ｂの減圧量及びファン２２ａ、２２ｂの風量を共に制御したり、また運転状況によっては圧縮機１の周波数を制御することで、蒸発器４の流出部で湿り状態または飽和ガスの近傍になるようにしてもよい。冷媒の蒸発温度を吸込空気の露点温度以上にでき、且つ蒸発器４ａ、４ｂの流出部で湿り状態または飽和ガスの近傍になるように、電子式膨張弁３ａ、３ｂの減圧量及びファン２２ａ、２２ｂの風量及び圧縮機１の周波数のうちの少なくともいずれか１つを制御すればよい。
【００８１】
さらに、本実施の形態に係る空気調和機では、蒸発器４ａ、４ｂの流出部に過熱ガス化手段として二重管熱交換器５を設けている。蒸発器４ａ、４ｂの流出部の冷媒状態を湿り状態または飽和ガス近傍とすることで、圧縮機１の吸入側に液バックする可能性があり、液バックが起こると圧縮機1の信頼性を著しく損なうことになる。二重管熱交換器５ａ、５ｂを設けることで、蒸発器４ａ、４ｂの流出部の冷媒は凝縮器２から流出した高温高圧の冷媒と熱交換し、圧縮機１吸入側の冷媒の過熱度は大きくなるため、必ず乾き状態の冷媒ガスとなる。このため、圧縮機１の吸入側に液戻りが生じて液圧縮が発生することなく、強制循環運転することができる。従って、信頼性の高い空気調和機が得られる。
【００８２】
なお、必ずこのような冷房運転を行なうのではなく、運転モードを環境状態によって複数設けておき、ここで説明した冷房運転は、そのうちの１つの運転モードとして動作するようにしてもよい。特に冷却の際に結露を生じさせたくない場合や除湿したくない場合にこの運転モードが有効となる。
【００８３】
なお、本実施の形態では自然循環運転を備えていない構成としたが、さらに凝縮器２を蒸発器４ａ、４ｂよりも高い位置に配置して、図１に示すような自然循環運転を備えるように構成してもよい。
また、過熱ガス化手段として、図１と同様の二重管熱交換器５ａ、５ｂを設けた構成としたが、図１１に示すように、凝縮器２の流出部で分岐した冷媒を過熱ガスとし、その過熱ガスをそれぞれ蒸発器４ａ、４ｂから流出する湿り状態または飽和ガス近傍の冷媒と合流して過熱ガスとして圧縮機１に流入させるように構成してもよい。
【００８４】
また、図１０や図１４に示すように、温度検知手段５２、５３や温度検知手段５４を蒸発器４ａ、４ｂのそれぞれに設ければ、電子式膨張弁３ａ、３ｂの開度を適切に制御できると共に、冷媒を確実に乾き状態の冷媒ガスとして圧縮機1に吸入させることができる。このため、蒸発器４ａ、４ｂから湿り状態または飽和ガス近傍の冷媒が流出しても、確実に乾き状態の冷媒ガスとして圧縮機１へ流入させることができ、冷媒液バックに対して信頼性の高い空気調和機を得ることができる。
【００８５】
また、本実施の形態では複数台の蒸発器４ａ、４ｂを備え、そのどちらにおいても結露が生じないように冷房する構成としたが、複数の蒸発器のうちの少なくとも１つの蒸発器で冷媒の蒸発温度を露点温度以上とする運転を可能とし、他の冷却対称空間では通常の冷房を行なうように構成してもよい。例えば人間のための冷房と植物や動物などための冷房など、異なる条件の冷房を１つの空気調和機で行なうことができる。
この場合には、特別な過熱ガス化手段を設ける必要はなく、蒸発器から流出する湿り状態または飽和ガス近傍の冷媒と、他の蒸発器から流出する過熱ガスを混合するように構成すれば、過熱ガスとして圧縮機１に吸入させることができる。
【００８６】
また、実施の形態２、実施の形態３においても実施の形態１と同様、除湿しない冷却運転という特徴を生かして、植物や野菜などの生鮮品を収納した空間の冷却にも適した装置である。また、好湿性のペットなどを飼育する空間の冷却にも適用できる。
【００８７】
なお、実施の形態１〜実施の形態３において、冷媒としては例えばＲ２２やＲ−４０７Ｃなどのフロン系の冷媒を用い、圧縮機としては例えばスクロール圧縮機、冷凍機油としては例えばアルキルベンゼン油やエステル油などを用いることができるが、これに限るものではなく、他の冷媒、他の圧縮機、他の冷凍機油を用いてもよい。
また、実施の形態１〜実施の形態３において、蒸発器４を設置した空間を冷却する冷却装置として説明したが、凝縮器２をある空間内に設置すれば、凝縮器２で放熱する際に空間の暖房や加熱を行なうことができる。
【００８８】
特に、自然循環運転と強制循環運転とを備えた空気調和機では、図１に示すように、圧縮機１と、凝縮器２と、第一の減圧装置３と、凝縮器２よりも下方に配置した蒸発器４と、凝縮器２と第一の減圧装置３とを接続する配管と蒸発器４と圧縮機１とを接続する配管とで熱交換が可能な熱交換器５と、圧縮機１をバイパスするように蒸発器４と凝縮器２とを第一の開閉弁６を介して接続する配管１３とを備えた冷媒回路において、自然循環運転の際には蒸発器４の流出部と凝縮器２の流入部を接続して冷媒回路を構成し、強制循環運転の際には蒸発器４の流出部と圧縮機１の吸入側を接続して冷媒回路を構成する。そして、熱交換器５において、蒸発器４と圧縮機１とを接続する配管の蒸発器４側を湿り状態にすると共に圧縮機１側を乾き状態とすることで、強制循環運転の際に蒸発温度を吸込空気の露点温度以上に上げても、効率の低下が生じたり圧縮機１の吸入側での冷媒過熱度が低下し圧縮機１への液戻りが生じことなく、信頼性の高い空気調和機を得ることができる。
【００８９】
また、図１１に示すように、圧縮機１と、凝縮器２と、第一の減圧装置３と、凝縮器２よりも下方に配置した蒸発器４と、凝縮器２と第一の減圧装置３とを接続する配管１１と凝縮器２と圧縮機１とを第二の減圧装置７を介して接続する配管１４とで熱交換が可能な熱交換器５と、圧縮機１をバイパスするように蒸発器４と凝縮器２とを第一の開閉弁６を介して接続する配管１３とを備えた冷媒回路において、自然循環運転の際には蒸発器４の流出部と凝縮器２の流入部を接続して冷媒回路を構成し、強制循環運転の際には蒸発器４の流出部と圧縮機１の吸入側を接続して冷媒回路を構成する。そして、熱交換器５において、蒸発器４と圧縮機１とを接続する配管の蒸発器４側を湿り状態にすると共に圧縮機１側を乾き状態とすることで、強制循環運転の際に蒸発温度を吸込空気の露点温度以上に上げても、効率の低下が生じたり圧縮機１の吸入側での冷媒過熱度が低下し圧縮機１への液戻りが生じことなく、信頼性の高い空気調和機を得ることができる。さらに、凝縮器２からの冷媒が配管１１と配管１４へ分流することで、蒸発器４内の圧力損失を低減でき、冷却能力を向上できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の実施の形態１に係る空気調和機の構成を示す冷媒回路図である。
【図２】実施の形態１に係る通常の運転モードによる圧力とエンタルピーの関係を示す特性図である。
【図３】実施の形態１に係る運転モードによる圧力とエンタルピーの関係を示す特性図である。
【図４】実施の形態１に係る吸込空気と吹出空気の変化を説明する空気線図である。
【図５】実施の形態１に係る空気調和機の運転方法を示すフローチャートである。
【図６】実施の形態１に係る自然循環運転モードでの基本構成を示す冷媒回路図である。
【図７】実施の形態１に係る自然循環運転モードによる圧力とエンタルピーの関係を示す特性図である。
【図８】実施の形態１に係る空気調和機の他の構成例を示す冷媒回路図である。
【図９】実施の形態１に係る空気調和機のさらに他の構成例を示す冷媒回路図である。
【図１０】実施の形態１に係る空気調和機のさらに他の構成例を示す冷媒回路図である。
【図１１】本発明の実施の形態２に係る空気調和機の構成を示す冷媒回路図である。
【図１２】実施の形態２に係る空気調和機の他の構成例を示す冷媒回路図である。
【図１３】実施の形態２に係る空気調和機のさらに他の構成例を示す冷媒回路図である。
【図１４】実施の形態２に係る空気調和機のさらに他の構成例を示す冷媒回路図である。
【図１５】本発明の実施の形態３に係る空気調和機の構成を示す冷媒回路図である。
【符号の説明】
【００９１】
１  圧縮機
２  凝縮器
３  減圧装置
４  蒸発器
５  過熱ガス化手段
６  逆止弁
７  減圧装置
８  開閉弁
１３  圧縮機バイパス管
１４  配管
１５、１６  バイパス配管
２１、２２  ファン
５０  露点温度検知手段
５１  蒸発器配管温度検知手段
５２、５３、５４  温度検知手段
５５  制御装置
【図１】
2005147623.tif 000003
【図２】
2005147623.tif 000004
【図３】
2005147623.tif 000005
【図４】
2005147623.tif 000006
【図５】
2005147623.tif 000007
【図６】
2005147623.tif 000008
【図７】
2005147623.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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